Контроллерная станция ПТК "Космотроника-ВЕНЕЦ"

Аппаратура контроллерных станций размещается в шкафах (фирмы Schroff, конструкция – «Евромеханика»). В каждом шкафу устанавливается до 6 крейтов (этажей). На рисунке показан шкаф, содержащий 6 крейтов, и кроссшкаф, а также вариант размещения функциональных блоков и клеммных соединителей в одном шкафу.

Шкаф контроллерной
станции — Шкаф контроллерной станции

Каждый шкаф содержит в своем составе два промышленных контроллера - основной и резервный, которые имеют возможность обмена информацией с контроллерами других стоек и с аппаратурой верхнего уровня по сетевой магистрали типа Ethernet, а через соответствующие устройства сопряжения с объектом (УСО) подключаются к оборудованию станции.

Устройства сопряжения с объектом (УСО)

Блоки УСО предназначены для электрофизической стыковки и обеспечения необходимой гальванической изоляции аппаратуры ПТК от датчиков и исполнительных механизмов станции, а также в случае интеллектуальных УСО – для автоматического опроса датчиков и предварительной обработки и оцифровки сигналов.

Модули УСО обеспечивают прием и коммутацию следующих сигналов:

напряжений и токов ±5мА; ±20мА; ±1В; ±5В;
сигналы от датчиков термометров сопротивлений типов: 50П, 100П, 50М и 100М;
сигналы от датчиков термопар типов ХА, ХК.
входные дискретные сигналы @ 24В или @ 48В;
входные дискретные сигналы типа “сухой контакт” с запиткой контактов от источников питания, устанавливаемых в КС;/
входные дискретные сигналы @ 220В;
выходные дискретные сигналы =60В/1,5А; =220В/1,0А; ~280В/1,0А;
выходные унифицированные токовые сигналы (0...5мА, 4...20мА);
прием, обработка, осциллографирование сигналов переменного тока (50Гц , 5А, 100В, 40- кратная перегрузка по току) в нормальном и аварийном режимах.

В составе ПТК «Космотроника–Венец» поставляются интеллектуальные УСО для ввода дискретных и аналоговых сигналов со встроенными однокристальными микропроцессорами семейства I51.

Использование интеллектуальных УСО в отличие от систем, в которых все функции опроса в стойке возлагаются на один единственный центральный контроллер, позволяет:

разгрузить центральный контроллер от рутинных операций циклического опроса датчиков, фильтрации, предварительной обработки, и передавать в центральный контроллер только существенную информацию;
сделать любой сигнал инициативным, работающим по прерыванию;
программировать режимы работы УСО (период опроса, режимы фильтрации и т.п.);
проводить самодиагностику УСО, включая контроль всех встроенных источников питания что повышает общую надежность системы;
при использовании системы единого времени (СЕВ) обеспечить синхронный опрос всех входных сигналов в комплексе в единые моменты времени, привязанные к единой секундной метке;
обеспечить привязку входной информации от датчиков ко времени с точностью не хуже 1 мс;
проводить автоматическую программную коррекцию метрологических характеристик измерительных каналов с целью устранения уходов точностных характеристик в результате старения элементов.

Блоки УСО ПТК «Космотроника-Венец» обеспечивают напряжение гальванической развязки между входом и выходом 1,5 кВ, гальваническую развязку между каналами не менее 500В.

Выносные УСО

Для связи с удаленными объектами в системе применяются выносные УСО (ВУСО).

ВУСО обеспечивают работу как в нормальных условиях, так и в жестких климатических условиях и могут устанавливаться непосредственно на объекте рядом с датчиками и исполнительными механизмами. ВУСО строятся на базе контроллеров 750-312…316 и модулей ввода-вывода серии I/O-SYSTEM 750 производства фирмы WAGO.

Типовая конструкция – навесной шкаф 600х600х220 мм или 800х800х220 мм (высота, ширина, глубина) стандарта «Conceptline» фирмы Schroff со степенью защиты IP65. По заказу могут быть использованы другие типоразмеры.

ВУСО в общем случае может включать в себя следующие составляющие:

корпус;
узел ввода-вывода WAGO-I/O-SYSTEM 750;
источник(и) питания узла ввода-вывода;
клеммы;
источники питания датчиков;
преобразователь среды интерфейса RS485;
сигнальные внешние кабели из многожильного провода;
кабельные вводы;
цифровой внешний кабель;
кабель питания.

Максимальное количество сигналов 64…480, в зависимости от схемы подключения. Подключение сигнальных проводников производится к клеммам CAGE CLAMP® проводом 0.08...1.5 кв. мм.

Сеть питания переменного тока 87…264В 47…63Гц (по заказу возможно питание от сети с другими параметрами, а также резервированное питание от нескольких сетей или аварийное питание от внутреннего аккумулятора (внутренний ИБП 24В)).

Обмен информацией между выносными УСО и основным комплексом может осуществляться по витой паре или по оптоволоконному каналу по протоколу RS-485. Скорость передачи данных до 115 Кбит/сек.

Система единого времени (СЕВ)

Дублированная СЕВ с двумя размножителями
сигналов СЕВ — Дублированная СЕВ с двумя размножителями сигналов СЕВ

Система единого времени предназначена для хранения, счета и раздачи в подсистемы АСУТП кода текущего времени. ПТК «Космотроника-Венец» позволяет строить СЕВ двумя способами (возможно использование обоих вариантов одновременно).

В первом варианте раздача времени осуществляется по магистрали ЛВС. Код текущего времени выдается раз в секунду и одновременно выполняет функцию секундной метки. Получаемая при этом точность привязки информации ко времени составляет не хуже 5 мс.

Для применений, требующих более высокой точности (не хуже 1 мс) временной синхронизации системы, используется аппаратный блок «Генератор сигналов времени» (ГСВ). Блок обеспечивает стыковку и раздачу кода времени по магистрали на основе коаксиального кабеля, витой пары или ВОЛС. В целях повышения надежности возможна установка двух блоков ГСВ в один или разные контроллеры. При этом предусмотрена возможность их взаимной синхронизации. Обычно СЕВ устанавливается в сетевую стойку совместно с сетевым оборудованием.

Как правило, стойки компонуются из комбинации 3-х типов крейтов, выполняющих следующие функции.

Крейт питания преобразует напряжения внешних сетей переменного трехфазного напряжения 380/220В или постоянного напряжения 200…240В от станционной аккумуляторной батареи в постоянное напряжение 24В, используемое для питания остальных крейтов.

Крейт контроллеров преобразует напряжения внешних сетей переменного трехфазного напряжения 380/220В или постоянного напряжения 200…240В от станционной аккумуляторной батареи в постоянное напряжение 24В, используемое для питания остальных крейтов.

Крейт УСО содержит в различных комбинациях модули УСО, которые обеспечивают прием и предварительную обработку входных сигналов, а также выдачу сигналов управления. При этом любое УСО может быть установлено в любое место крейта. Питание модулей УСО в крейте осуществляется от дублированных ВИП, установленных в том же крейте. В стойке может быть установлено до 4 крейтов УСО.

Промышленный контроллер (ПрК)

В ПрК нижнего уровня используются новейшая разработка фирмы FASTWEL – промышленный одноплатный контроллер CPC150.

ПрК не требует принудительного охлаждения. Платы, входящие в состав ПрК, устанавливается на коммутационной плате (магистраль ISA), на которой расположено 6 соединителей (слотов). В один соединитель устанавливается плата CPC150, а остальные пять соединителей могут быть использованы для подключения плат расширения, описание которых приводится ниже.

Состав базовой конфигурации ПрК:

одноплатный промышленный контроллер (CPC150);
вторичный источник питания (ВИП).

Кроме того, в ПрК устанавливаются платы, которые обеспечивают работу модулей УСО и выполняют следующие функции:

ГСВ - генератор сигналов времени обеспечивает точность счета времени не хуже ± 3,6*10-8 (уход времени не более 1с за 320 дней). Интерфейс ГСВ устанавливается в один (или в два в дублированном варианте) из контроллеров (ПрК) системы и является источником секундных меток для всего комплекса. В остальные ПрК и компьютеры устанавливаются платы адаптера синхронизации, которые принимает секундные метки от ГСВ. ГСВ позволяет:
- выдавать секундные синхросигналы в модули УСО внутри шкафа;
- организовать раздачу секундной метки в другие стойки АСУТП по последовательному гальванически развязанному каналу;
- подключить внешний корректирующий источник секундных меток времени повышенной точности (например, спутниковый приемник систем GPS или “ГЛОНАС”).
АС – адаптер синхронизации является упрощенной модификацией ГСВ, обеспечивающей прием сигналов секундных меток от ГСВ и их раздачу в модули УСО.
ИП – интерфейс пользователя обеспечивает связь промышленного контроллера (ПрК) с модулями УСО, каждый модуль ИП обеспечивает параллельные каналы передачи данных и прерываний для связи ПрК с двумя крейтами УСО.

Одноплатный промышленный контроллер CPС150

Архитектура контроллера полностью аппаратно и программно совместима с компьютером типа IBM PC, высокопроизводительная процессорная плата в формате microPC с поддержкой Ethernet и CompactFlash. Контроллер предназначен для применения в высокопроизводительных системах сбора данных и управления и может применяться как автономно, так и путем установки в объединительную плату, имеющую пассивную магистраль ISA.

Основные характеристики контроллера CPC150:

процессор AMD GeodeTM LX 800 (500 МГц);
оперативная память – DDR SDRAM 256 Мбайт;
FLASH BIOS – 2x512 Кбайт (с резервированием);
FLASH-диск – 1 Гбайт с файловой структурой;
Compact Flash – 256 Мбайт;
видеоадаптер SVGA – до 60 Мбайт из системной памяти;
2 контроллера Ethernet 10/100 BaseT;
порты ввода-вывода: 4хUSB 2,0; 2хRS232; 2xRS422/485; PS/2;
порт подключения НГМД;
АС`97 совместимый контроллер звука;
CMOS+SEPROM – для хранения конфигурации;
часы реального времени с литиевой батарейкой;
2 сторожевых таймера;
питание - +5В?5%, максимальный ток потребления – 1,3А;
диапазон рабочих температур от –40 до 85°С;
среднее время безотказной работы (MTBF) – не менее 150 000 часов.

Плата интерфейса пользователя (ИП)

Устройство обеспечивает обмен данными между ПрК и модулями УСО внутри стойки. Устройство конструктивно выполнено в формате платы микро-РС и может быть установлено как в крейте микро-РС, так и в любом компьютере с шиной ISA. Устройство имеет два одинаковых канала, предназначенных для подключения к двум крейтам УСО. Каждый канал обеспечивает обмен данными с УСО по 8-разрядной двунаправленной шине данных и выдачу прерывания на шину ISA при поступлении запроса на обслуживание от УСО.

Плата генератора сигналов времени (ГСВ)/адаптера синхронизации (АС)

Устройство предназначено для построения СЕВ ПТК “Космотроника-Венец”. Плата ГСВ, в зависимости от модификации, является либо источником либо приемником сигналов времени. Устройство ведет счет времени с точностью до 10 мкс в пределах 1 минуты (счет полного времени ведет ПрК).

С помощью двух плат ГСВ может быть построена дублированная СЕВ. Синхронизация устройств в СЕВ производится путём раздачи ведущей платой ГСВ секундной метки. В зависимости от размещения комплекса может быть реализована шинная или радиальная (с помощью дополнительных разветвителей СЕВ (РСЕВ)) структура передачи секундной метки. Устройства конструктивно выполнены в формате платы микро-РС и могут быть установлены как в крейт микро-РС, так и в любой компьютер с шиной ISA.

Устройства выполняют следующие функции:

отсчет времени в формате <десятки микросекунд>, <миллисекунды>, <секунды>;
выдача секундной метки по 5-ти каналам (уровни ТТЛ): 1 канал синхронизации другой платы ГСВ и 4 канала синхронизации для 4 крейтов интеллектуальных УСО, имеющих вход секундной метки;
прием внешней синхронизации по двум каналам (уровни ТТЛ) от другой платы ГСВ или/и приемника GPS;
для режима передатчика: выдача секундной метки по одному или двум каналам (уровни RS-485 или ВОЛС);
для режима приемника: прием внешней синхронизации по любому из двух каналов (уровни RS-485 или ВОЛС);
программная синхронизация по команде, переданной по шине ISA;
синхронизация ПрК путем выдачи прерывания (секундной метки) на шину ISA при отсчете очередной секунды;
выдача прерывания на шину ISA при потере сигналов внешней синхронизации.

Технические характеристики:

Напряжение питания - 5В± 5% при потребляемом токе:
- не более 400мА для ГСВ – передатчика (580мА - в течение 4 мин после включения при работе встроенной системы термостабилизации);
- не более 300мА для ГСВ – приемника;
нестабильность частоты генератора в диапазоне рабочих температур для:
- ГСВ – передатчика - не более ± 3, 6•10-8 ;
- ГСВ – приемника - не более ± 5•10-5;
Физическая среда передачи - витая пара (уровни RS-485) или оптоволокно.

Модуль аналогового ввода МАВ

Модуль приема токового унифицированного сигнала предназначен для приема аналоговых сигналов тока или напряжения, их усреднения, оцифровки и привязки ко времени. Модуль имеет 30 дифференциальных входов гальванически развязанных с остальными цепями, 2 калибровочных канала (0,1 и 0,9 полной шкалы), 3 канала контроля напряжения ВИП модуля.

С целью повышения надежности модуль имеет дублированную структуру с общей входной частью и два встроенных микропроцессора, обеспечивающих два независимых канала обработки сигнала, и соответственно выход на два ПрК. Применение микропроцессоров позволяет гибко управлять процессом опроса и обработки сигналов и разгрузить управляющие ПрК: микропроцессор осуществляет управление АЦП, фильтрацию и усреднение, обеспечивает для ПрК "прозрачное" чтение значений входных сигналов.

Модуль дискретного ввода МДВ

Модуль предназначен для приема 32-х дискретных сигналов, предварительной обработки и привязки ко времени. Модуль обеспечивает прием сигналов постоянного или переменного тока, либо типа "сухой" контакт с запиткой от отдельных источников питания. Прием сигналов осуществляется модульными сборками фирмы Grayhill, Analog Devices и т.п., обеспечивающими одиночные гальванически развязанные входы.

С целью повышения надежности модуль имеет дублированную структуру с общей входной частью и двумя встроенными микропроцессорами, обеспечивающими два независимых канала обработки сигнала, и соответственно выход на два ПрК. Применение микропроцессоров позволяет гибко управлять процессом опроса и обработки сигналов и разгрузить управляющие ПрК. Микропроцессор осуществляет фильтрацию от "дребезга" контактов, выделение из входных сигналов произвольной группы инициативных сигналов, запрет обработки произвольной группы сигналов, буферизация зарегистрированных изменений состояний входов, просмотр состояния входов через "прозрачные" регистры.

В случаях, не требующих больших скоростей опроса и обработки сигналов, могут быть использованы модификации модулей без плат контроллеров, имеющие меньшую стоимость.

Так же производятся модули для приема 16-ти дискретных сигналов постоянного или переменного тока напряжением 220В. Прием сигналов осуществляется гальванически развязанными группами входов.

С целью повышения надежности модуль имеет дублированную структуру с общей входной частью и выходом на два ПрК. Для снижения рассеиваемой входными цепями мощности, входы опрашиваются с большой скважностью, просмотр состояния входов производится через "прозрачные" регистры.

Модуль дискретного управления МДУ

Модуль обеспечивает выдачу релейных команд замыканием “сухого” контакта с использованием модулей твердотельных реле фирмы Grayhill, Phoenix и т.п. В алгоритме управления МДУ реализована защита от выдачи несанкционированных команд при неисправности интерфейса связи. При наличии платы контроля подключения, в МДУ можно осуществить проверку выполнения команд, считывая непосредственно состояние выходов твердотельных реле. С целью повышения надежности МДУ имеет дублированную структуру с общей выходной частью и выход на два ПрК. Управление модулем может осуществляться от любого из двух ПрК.